Micro-Lens Array (MLA): Effiziente Lichtnutzung mit Submikron-Linsen Application Note

Mikrolinsen sind Submikrometerlinsen (häufig bis zu 10 Mikrometer), die aufgrund ihrer hervorragenden Übertragungseigenschaften von UV- bis IR-Strahlen typischerweise aus Quarzglas hergestellt werden. MLAs sind ein- oder zweidimensionale Anordnungen dieser Mikrolinsen (Lenslets), die in einer quadratischen Packungsreihenfolge auf einem Wafer angeordnet sind. MLAs werden üblicherweise mithilfe von Standard-Halbleiterprozessen wie Fotolithographie und reaktivem Ionenätzen (RIE) hergestellt.

TheorieXNUMX Tauchgänge (XNUMX Tage)

Die Packung der Linsen in einem Array bestimmt den Füllfaktor. Kreisförmige Linsen auf einem quadratischen Wafer bedecken π/4 = 78.5 % des Wafers. Ein höherer Füllfaktor ist wünschenswert und durch hexagonale Packung von kleinen Linsen, wie in Abbildung 1 zu sehen, erreichbar – aber diese Arrays sind normalerweise nicht anwendbar. Der Füllfaktor bestimmt neben der Durchlässigkeit des MLA den Lichtdurchsatz des Materials.

MLAs werden in Geräten implementiert, die aufgrund metallischer Abschirmung und nicht lichtempfindlicher Bereiche eine Erhöhung des optischen Füllfaktors erfordern, ohne die Verwendung zusätzlicher optischer Komponenten. Beispielsweise werden MLAs in ladungsgekoppelten Bauelementen (CCD) verwendet, um das Licht auf seine Fotodiode zu konzentrieren, anstatt auf metallische Belichtungstore und Abschirmung, wo die Bildinformationen verloren gehen.

Wichtige Parameter

Anwendungen

MLAs können Licht von verschiedenen Emittern, von Excimer-Lasern bis hin zu Hochleistungs-LEDs, homogenisieren, kollimieren und abbilden. Sie sind nützlich für Anwendungen, die eine hohe Frequenz und nicht-Gaußsche Gleichförmigkeit erfordern.

Je nach Anwendungsfall werden bestimmte Arten von Mikrolinsen verwendet, wie in den Beispielen (a) und (b).

a) Linsen mit Gradientenindex (GRIN).

GRIN-Linsen bestehen aus zwei ebenen und parallelen Oberflächen, wobei anstelle herkömmlicher gekrümmter Oberflächen nur ebene optische Oberflächen verwendet werden. Die Linse weist einen unterschiedlichen Brechungsindex durch die Linse auf, wodurch Lichtstrahlen innerhalb der Linse gebeugt werden (Abbildung 4). GRIN-Linsen sind auch häufig in Fotokopierern und Scannern zu finden.

b) Mikro-Fresnel-Linsen (MFL)

Fresnel-Linsen bestehen aus einer Reihe konzentrischer Rillen, die in Kunststoff oder Glas eingraviert sind. Als individuelle Brechungsflächen beugen die Konturen je nach Richtung parallele Lichtstrahlen auf eine gemeinsame Brennweite (Abbildung 5) oder kollimieren den Strahl. Die Ausbreitungsrichtung des Lichts ändert sich innerhalb eines Mediums nicht, sondern wird nur an der Oberfläche umgelenkt. Dieses Objektiv bietet im Vergleich zu herkömmlichen Objektiven eine bessere Fokussierleistung. MFL wird häufig in TLR/SLR-Kamerabildschirmen verwendet.

MLA-Systeme werden unter anderem in den folgenden Anwendungsszenarien eingesetzt:

• Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor
• Medizinische/ästhetische Laserbehandlungen
• Lasermaterialbearbeitung
• CCD- und CMOS-Bildsensoren